اتصالات الترانزستور ثنائي القطب
تعريف الترانزستور ثنائي القطبية
الترانزستور ثنائي القطبية (BJT) هو جهاز ثلاثي الطرف. يمكن أن يعمل كمكبر أو مفتاح، ويحتاج إلى دائرة إدخال واحدة ودائرة خرج واحدة. لمعالجة هذا بأقل من ثلاثة أطراف، يعمل أحد الأطراف كاتصال مشترك لكل من الإدخال والخرج. يعتمد اختيار الطرف المشترك على التطبيق. هناك ثلاثة أنواع من اتصالات الترانزستور: القاعدة المشتركة، المجمع المشتركة، والمنبع المشتركة.
ترانزستور القاعدة المشتركة
ترانزستور المجمع المشتركة
ترانزستور المنبع المشتركة.
هنا شيء واحد يجب تذكره وهو أنه بغض النظر عن اتصال الترانزستور، ولكن يجب أن يكون تقاطع القاعدة-المنبع متحيزًا للأمام وأن يكون تقاطع القاعدة-المجمع متحيزًا للخلف.
اتصال القاعدة المشتركة في BJT
هنا يكون طرف القاعدة مشتركًا لكل من دائرتي الإدخال والخرج. تظهر تكوينات القاعدة المشتركة أو الأنماط كما هو موضح في الشكل أدناه. هنا، تظهر وضعية القاعدة المشتركة للترانزستور npn و pnp بشكل منفصل. هنا يتم اعتبار دارة القاعدة-المنبع كدارة إدخال ودارة القاعدة-المجمع كدارة خرج.
ربح التيار
هنا يكون التيار الإدخالي هو تيار المنبع IE والتيار الخرجي هو تيار المجمع IC. يعتبر ربح التيار عندما نأخذ فقط الجهد الثابت للدائرة ولا يوجد أي إشارة متناوبة متصلة بالإدخال. الآن إذا اعتبرنا الإشارة المتناوبة المتصلة بالإدخال فإن عامل تكبير التيار (α) عند جهد ثابت بين القاعدة والمجمع سيكون
هنا نرى أن لا ربح التيار ولا عامل تكبير التيار له قيمة أكبر من الوحدة لأن تيار المجمع لا يمكن أن يكون أكثر من تيار المنبع. ولكن كما نعرف أن تيار المنبع وتيار المجمع تقريبًا متساويان في الترانزستور ثنائي القطبية، فإن هذه النسب ستكون قريبة جدًا من الوحدة. تتراوح القيمة عادة من 0.9 وحتى 0.99.
تعبير عن تيار المجمع
إذا كانت دارة المنبع مفتوحة، فلن يكون هناك تيار للمنبع (IC = 0). ولكن في هذا الشرط، سيكون هناك تيار صغير يتدفق عبر منطقة المجمع. وهذا بسبب تدفق حاملي الشحنة الأقلية وهذا هو التيار تسرب العكس. حيث يتدفق هذا التيار عبر المجمع والقاعدة مع ترك طرف المنبع مفتوحًا، يتم تمثيل هذا التيار بواسطة ICBO. في الترانزستور ذو القوة الصغيرة يكون التيار تسرب العكس ICBO صغير جدًا وعادة ما نتجاهله خلال الحسابات ولكن في الترانزستور ذو القوة العالية لا يمكن تجاهل هذا التيار. يعتمد هذا التيار بشدة على درجة الحرارة لذا عند درجات الحرارة العالية لا يمكن تجاهل التيار تسرب العكس ICBO خلال الحسابات. يثبت هذا التعبير أن تيار المجمع يعتمد أيضًا على تيار القاعدة.
خصائص اتصال القاعدة المشتركة
خصائص الإدخال
يتم رسم هذا بين تيار الإدخال وجهد الإدخال للترانزستور نفسه. يكون التيار الإدخالي هو تيار المنبع (IE) وجهد الإدخال هو جهد القاعدة-المنبع (VEB). بعد تجاوز جهد الحاجز الأمامي لتقاطع القاعدة-المنبع يبدأ تيار المنبع (IE) في الزيادة السريعة مع زيادة جهد القاعدة-المنبع (VEB).
مقاومة الدخل للدارة هي نسبة التغيير في جهد القاعدة-المنبع (ΔV EB) إلى تيار المنبع (ΔIE) عند جهد ثابت بين القاعدة والمجمع (VCB = ثابت). بما أن التغيير في تيار المنبع كبير جدًا مقارنة بالتغيير في جهد القاعدة-المنبع (ΔIE >> ΔVEB)، تكون مقاومة الدخل للترانزستور ذو القاعدة المشتركة صغيرة جدًا.
خصائص الخرج
يحصل تيار المجمع على قيمة ثابتة فقط عندما يكون هناك تحيز عكسي كافٍ بين منطقة القاعدة والمجمع. لهذا السبب يكون هناك زيادة في تيار المجمع مع زيادة جهد القاعدة-المجمع عندما يكون هذا الجهد قليل القيمة. ولكن بعد جهد معين بين القاعدة والمجمع يحصل تقاطع القاعدة-المجمع على تحيز عكسي كافٍ وبالتالي يصبح تيار المجمع ثابتًا لتيار معين للمنبع ويعتمد بالكامل على تيار المنبع.
في تلك الحالة، يساهم كامل تيار المنبع باستثناء تيار القاعدة في تيار المجمع. بما أن تيار المجمع يصبح تقريبًا ثابتًا للتيار المعين للمنبع في تلك المنطقة من الخصائص، فإن زيادة تيار المجمع تكون صغيرة جدًا جدًا مقارنة بزيادة جهد القاعدة-المجمع.
نسبة التغيير في جهد القاعدة-المجمع إلى التغيير في تيار المجمع يتم تعريفها كمقاومة الخرج للوضعية القاعدة المشتركة للترانزستور. بشكل طبيعي، تكون قيمة مقاومة الخرج عالية جدًا في الوضعية القاعدة المشتركة للترانزستور.
اتصال المنبع المشتركة في BJT
ترانزستور المنبع المشتركة هو الأكثر شيوعًا من بين اتصالات الترانزستور. هنا يكون طرف المنبع مشتركًا لكل من دائرتي الإدخال والخرج. الدائرة المتصلة بين القاعدة والمنبع هي دائرة الإدخال والدائرة المتصلة بين المجمع والمنبع هي دائرة الخرج. تظهر وضعية المنبع المشتركة للترانزستور npn و pnp بشكل منفصل في الشكل أدناه.
ربح التيار
في الترتيب المنبع المشتركة، يكون التيار الإدخالي هو تيار القاعدة (IB) والتيار الخرجي هو تيار المجمع (IC). في الترانزستور ثنائي القطبية، يتحكم تيار القاعدة في تيار المجمع. نسبة التغيير في تيار المجمع (ΔIC) إلى التغيير في تيار القاعدة (ΔIB) يتم تعريفها كربح التيار للترانزستور المنبع المشتركة. في الترانزستور ثنائي القطبية، يكون تيار المنبع (IE) هو مجموع تيار القاعدة (IB) وتيار المجمع (IC). إذا تغير تيار القاعدة، يتغير أيضًا تيار المجمع وبالتالي يتغير تيار المنبع وفقًا لذلك.
مرة أخرى نسبة التغيير في تيار المجمع إلى التغيير المقابل في تيار المنبع يتم تمثيلها بواسطة α. بما أن قيمة تيار القاعدة أقل بكثير من تيار المجمع (IB << IC)، يكون ربح التيار في الترانزستور المنبع المشتركة مرتفعًا ويتراوح من 20 إلى 500.
خصائص ترانزستور المنبع المشتركة
في وضعية المنبع المشتركة للترانزستور، هناك دائرتان - دائرة الإدخال ودائرة الخرج. في دائرة الإدخال، تكون المعلمات هي تيار القاعدة وجهد القاعدة-المنبع. يتم رسم المنحنى الخاص بخصائص الإدخال ضد تغيرات تيار القاعدة وجهد القاعدة-المنبع. يكون تقاطع القاعدة-المنبع متحيزًا للأمام وبالتالي ستكون الخصائص مشابهة لتلك الخاصة بتقاطع pn الثنائي المتحيز للأمام. هنا أيضًا لا يحصل تيار القاعدة على أي قيمة قبل أن يتجاوز جهد القاعدة-المنبع جهد الحاجز الأمامي للتقاطع ولكن بعد ذلك يرتفع تيار القاعدة بشكل كبير مع زيادة جهد القاعدة-المنبع. معدل الارتفاع في تيار القاعدة بالنسبة لجهد القاعدة-المنبع مرتفع هنا ولكن ليس كما هو الحال في وضعية القاعدة المشتركة.
لذلك تكون مقاومة الدخل للدارة أعلى من ذلك في وضعية القاعدة المشتركة للترانزستور.
خصائص الخرج لترانزستور المنبع المشتركة
يتم رسم خصائص الخرج ضد تغيرات التيار الخرجي والجهد الخرجي للترانزستور. يكون تيار المجمع هو التيار الخرجي وجهد المنبع-المجمع هو الجهد الخرجي للترانزستور. هنا يتم رسم تغير تيار المجمع لقيم مختلفة لجهد القاعدة-المجمع ضد قيمة ثابتة لتيار القاعدة. يُلاحظ أنه في البداية يزداد تيار المجمع بشكل تناسبي مع زيادة جهد المنبع-المجمع ولكن بعد مستوى معين من الجهد يصبح تيار المجمع تقريبًا ثابتًا. هذا لأن في البداية لا يحصل تقاطع القاعدة-المجمع على تحيز عكسي كافٍ ولكن بعد جهد معين يصبح متحيزًا للخلف بشكل كافٍ ثم يتمكن الجزء الرئيسي من حاملي الشحنة القادمين من منطقة المنبع إلى منطقة القاعدة من الهجرة إلى منطقة المجمع ليساهموا في تيار المجمع. عدد حاملي الشحنة الرئيسيين القادمين من منطقة المنبع يعتمد على تيار القاعدة في الترانزستور ثنائي القطبية وبالتالي يكون تيار المجمع ثابتًا لتيار قاعدة معين.
ستكون مقاومة الخرج
اتصال المجمع المشتركة في BJT
في الترتيب المجمع المشتركة تكون دائرة الإدخال بين طرفي القاعدة والمجمع ودائرة الخرج بين طرفي المنبع والمجمع.
نسبة التغيير في تيار المنبع إلى التغيير في تيار القاعدة يتم تعريفها كربح التيار لترتيب المجمع المشتركة. يتم تمثيل هذا بواسطة،
عامل تكبير التيار للدارة هو نسبة التغيير في تيار المنبع إلى التغيير في تيار القاعدة عندما يتم تطبيق إشارة متغيرة مع الزمن على الإدخال.
خصائص الإدخال لترانزستور المجمع المشتركة
التيار الإدخالي هو تيار القاعدة وجهد الإدخال للترانزستور هو جهد القاعدة-المجمع. يكون تقاطع القاعدة-المجمع متحيزًا للخلف وبالتالي مع زيادة جهد القاعدة-المجمع يزداد التحيز العكسي للتقاطع. هذا يؤدي إلى انخفاض طفيف في تيار القاعدة مع زيادة جهد القاعدة-المجمع. حيث في هذا الشرط سيتزايد عدد حاملي الشحنة الأقلية في منطقة القاعدة نحو منطقة المجمع وبالتالي ستنخفض معدلات إعادة التركيب الإلكترونية-الفراغية في منطقة القاعدة مما يؤدي إلى انخفاض في تيار القاعدة.
خصائص الخرج لترانزستور المجمع المشتركة
خصائص الخرج لترانزستور المجمع المشتركة تشبه تقريبًا خصائص الخرج لترانزستور المنبع المشتركة. الفرق الوحيد هو أن هنا في حالة ترتيب المجمع المشتركة يكون التيار الخرجي هو تيار المنبع بدلاً من تيار المجمع كما هو الحال في ترتيب المنبع المشتركة. هنا أيضًا لتيار قاعدة ثابت، يزداد تيار المنبع بشكل خطي مع زيادة جهد المنبع-المجمع حتى مستوى معين من هذا الجهد ومن ثم يصبح تيار المنبع تقريبًا ثابتًا بغض النظر عن جهد المنبع-المجمع. رغم ذلك سيكون هناك زيادة بطيئة جدًا في تيار المنبع مع جهد المنبع-المجمع كما هو موضح في منحنى الخصائص أدناه.
